火麻籽油饼连续固体发酵与水热碳化用于酶和水炭的可持续生产

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：Sequential solid-state fermentation and hydrothermal carbonization of hempseed oil pomace for the sustainable production of enzymes and hydrochar

　　

摘要

本研究调查了利用两种技术——固态发酵（SSF）和水热碳化（HTC）——对大麻籽油饼（HP）进行增值利用以生产高附加值产品的可行性。HP首先用Thermomyces lanuginosus在SSF条件下预处理10天，以生产两种酶（脂肪酶和木聚糖酶）和发酵HP（一种营养丰富的菌丝体产品）。对生物质的结构和化学性质进行了表征，并在整个发酵过程中每天监测脂肪酶和木聚糖酶的活性。发酵4、7和10天后收集的样品进一步进行HTC处理，以生产水热炭（HC）和液相部分（LF），并研究SSF预处理对HTC产品性质的影响。

使用NMR、SEM–EDX和FTIR对发酵HP进行的结构分析表明，SSF预处理后木质纤维素基质发生了显著的结构变化和部分降解。发酵过程中获得了高活性的脂肪酶（高达0.29 U/mL）和木聚糖酶（高达79.34 U/mL），而发酵HP表现出改善的营养特性，特别是富含游离氨基酸，其中谷氨酸和天冬氨酸最为丰富，每种均超过5000 μg/g。来自发酵HP的HC表现出优异的能源和燃料特性（热值在28.9至29.7 MJ/kg之间），与非发酵HP的HC相当。SSF处理影响了能量收率、挥发分以及碳和灰分含量，导致固定碳含量增加和燃料比改善。通过发酵HP的HTC获得的LF显示出毒性降低以及有机酸、总氮和钾含量增加。HC和LF都显示出在肥料应用方面的潜力，尽管LF在实际使用前需要适当稀释或后处理。据作者所知，此前尚未报道过T. lanuginosus用于一体化生产脂肪酶和木聚糖酶，以及随后从大麻籽油饼或其他油料饼粕中生成水热炭和生物肥料的应用。